2022年化學(xué)反應(yīng)工程知識(shí)點(diǎn)

化學(xué)反響工程學(xué)問(wèn)點(diǎn)

一郭錯(cuò)主編

1、化學(xué)反響工程學(xué)不僅爭(zhēng)辯化學(xué)反響速率與反響條件之間的關(guān)系，

即化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)，而且著重爭(zhēng)辯傳遞過(guò)程對(duì)宏觀化學(xué)反響速率的影響,

爭(zhēng)辯不同類(lèi)型反響器的特點(diǎn)及其與化學(xué)反響結(jié)果之間的關(guān)系。2、

任何化工生產(chǎn)，從原料到產(chǎn)品都可以概括為原料的預(yù)處理、化學(xué)反響

過(guò)程和產(chǎn)物的后處理這三個(gè)局部，而化學(xué)反響過(guò)程是整個(gè)化工生產(chǎn)的

核心。

3.化學(xué)反響工程的根本爭(zhēng)辯方法是數(shù)學(xué)模型法。數(shù)學(xué)模型法是對(duì)簡(jiǎn)單

的、難以用數(shù)學(xué)全面描述的客觀實(shí)體，人為地做某些假定，設(shè)想出一

個(gè)簡(jiǎn)化模型，并通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)化模型的數(shù)學(xué)求解，到達(dá)利用簡(jiǎn)潔數(shù)學(xué)方程描

述簡(jiǎn)單物理過(guò)程的目的。模型必需具有等效性，而且要與被描述的實(shí)

體的那一方面的特性相像；模型必需進(jìn)展合理簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化模型既要反

映客觀實(shí)體，又有便于數(shù)學(xué)求解和使用。

4.反響器按型式來(lái)分類(lèi)可以分為管式反響器、槽式反響器〔釜式反響

器）和塔式反響器。

5反響器按傳熱條件分類(lèi)，分為等溫反響器、絕熱反響器和非等溫非

絕熱反響器。

第一章均相單一反響動(dòng)力學(xué)和抱負(fù)反響器

1、目前普遍使用關(guān)鍵組分A的轉(zhuǎn)化率來(lái)描述一個(gè)化學(xué)反響進(jìn)展的程

度，其定義為：—轉(zhuǎn)化了的A組重量-n

3=一屋1"分的起始量?'=/一d

AO

2、化學(xué)反響速率定義（嚴(yán)格定義）為單位反響體系內(nèi)反響程度隨時(shí)

間的變化率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為成

Vdt

3、對(duì)于反響A+2B=3C+4O，反響物A的消耗速率表達(dá)式為

一「=—1叫;反響產(chǎn)物C的生成速率表達(dá)式為：r=」兒

AVdtCVdt

4.反響動(dòng)力學(xué)方程：定量描述反響速率與影響反響速率之間的關(guān)系式

稱(chēng)為反響動(dòng)力學(xué)方程。大量的試驗(yàn)說(shuō)明，均相反響的速率是反響物系

的組成、溫度和壓力的函數(shù)。

5阿累尼烏斯關(guān)系式為々=ke;其中活化能反響了反響速率對(duì)溫

cC,

度變化的敏感程度。

6、半衰期：是指轉(zhuǎn)化率從。變?yōu)?0%所需時(shí)間為該反響的半衰期。

7、反響器的開(kāi)發(fā)大致有下述三個(gè)任務(wù)：①依據(jù)化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)特性

來(lái)選擇適宜的反響器型式；②結(jié)合動(dòng)力學(xué)和反響器兩方面特性來(lái)確定

操作方式和優(yōu)化操條件；③依據(jù)給定的產(chǎn)量對(duì)反響裝置進(jìn)展設(shè)計(jì)計(jì)

算，確定反響器的幾何尺寸并進(jìn)展評(píng)價(jià)。

8.在停留時(shí)間一樣的物料之間的均勻化過(guò)程，稱(chēng)之為簡(jiǎn)潔混合。而停

留時(shí)間不同的物料之間的均勻化過(guò)程，稱(chēng)之為返混。

9.依據(jù)返混狀況不同反響器被分為以下類(lèi)型：間歇反響器、抱負(fù)置換

反響器（又稱(chēng)平推流反響器或活塞流反響器）、全混流反響器（又稱(chēng)

為連續(xù)操作的充分?jǐn)嚢璨凼椒错懫鳎?/p>

10.反響器設(shè)計(jì)計(jì)算所涉及的根底方程式就是動(dòng)力學(xué)方程式、物料衡

算方程式和熱量衡算方程式，其中物料衡算所針對(duì)的具體體系稱(chēng)為體

積元。

11、停留時(shí)間又稱(chēng)接觸時(shí)間，用于連續(xù)流淌反響器，指流體微元從反

應(yīng)器入口到出口經(jīng)受的時(shí)間。在反響器中，由于流淌狀況的不同，物

料微元從反響器入口到出口所經(jīng)受的時(shí)間可能是各不一樣的，存在一

個(gè)分布，稱(chēng)停留時(shí)間分布。各流體微元從反響器入口到出口所經(jīng)受的平

均停留時(shí)間稱(chēng)為平均停留時(shí)間。

12.空間時(shí)間是指反響器有效容積與流體特征體積流率之比值。

13.抱負(fù)置換反響器(平推流反響器)是指通過(guò)反響器的物料沿同一

方向以一樣速度向前流淌，向活塞一樣在反響器中向前平推，故又稱(chēng)

為活塞流或平推流反響器。

14.為了表征反響物系體積變化給反響速率帶來(lái)的影響，引入兩個(gè)參

數(shù)，膨脹率和膨脹因子。

15、膨脹因子的物理意義為：關(guān)鍵組分A消耗Imol時(shí)，引起反響物

系的量的變化量。表達(dá)式：3=三，，總的物質(zhì)的量跟膨脹因子關(guān)系

"(-?)

A

為n=n+nx8

ttO40A

其次章復(fù)合反響與反響器的選型

1、三種抱負(fù)的反響器中，間歇反響器和平推流反響器完全沒(méi)有返混，

全混流反響器的返混到達(dá)極大的程度。

2、反響器的選型，其實(shí)就是依據(jù)不同的反響的特性，選擇適宜這種

反響類(lèi)型的操作方式。

3、對(duì)某個(gè)具體反響，選擇反響器、操作條件和操作方式主要考慮化

學(xué)反響本身的特征與反響器特性，最終選擇的依據(jù)將取決于全部過(guò)程

的經(jīng)濟(jì)性。

4、過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性主要受兩個(gè)因素影響，一是反響器的大小，二是產(chǎn)

物分布。

5、確定反響器型式不但要考慮反響的級(jí)數(shù)，而且要考慮過(guò)程進(jìn)展的

程度，即轉(zhuǎn)化率的凹凸；級(jí)數(shù)越高，要求的轉(zhuǎn)化率也高，這時(shí)應(yīng)承受

平推流反響器；假設(shè)反響器只能承受釜式構(gòu)造，則承受多釜串聯(lián)，使

之盡可能接近平推流。

6、平推流反響器并聯(lián)各支路的空間時(shí)間一樣時(shí)最終轉(zhuǎn)化率最高或者

到達(dá)肯定轉(zhuǎn)化率所需的反響器體積最小。

7、N個(gè)平推流反響器串聯(lián)操作，其總體積V與一個(gè)具體體積為V

RR

的單個(gè)平推流反響器所能獲得的轉(zhuǎn)化率一樣。

8、多釜串聯(lián)的反響器，由于釜間無(wú)返混，使返混程度削減，當(dāng)Nfoo

時(shí)，多釜串聯(lián)全混反響器組的操作就相當(dāng)于平推流反響器。

9、可逆反響速率總是隨著轉(zhuǎn)化率上升而降低?？赡嫖鼰岱错懰俾士?/p>

是隨著溫度的上升而加快；而可逆放熱反響按最正確溫度曲線(xiàn)操作時(shí)

速率最大。

10、反響物能同時(shí)進(jìn)展兩個(gè)或兩個(gè)以上的反響，稱(chēng)為平行反響。連串

反響是指反響產(chǎn)物能進(jìn)一步反響成其他副產(chǎn)物的過(guò)程。

第三章非抱負(fù)流淌反響器

1、按返混程度不同，可將反響器分成以下三類(lèi)：(1)完全不返混型

反響器、充分返混型反響器和局部返混型反響器。

2、停留時(shí)間分布函數(shù)F(x)：是指當(dāng)物料以穩(wěn)定的流量流入反響器

而不發(fā)生化學(xué)變化時(shí)，在流出物料中停留時(shí)間小于t的物料占總流出

物的分率。

3、示蹤法中入口物料輸入示蹤劑稱(chēng)為鼓勵(lì)，在出口處獲得的示蹤劑

隨時(shí)間變化的輸出訊號(hào)稱(chēng)為響應(yīng)。

第四章氣固相催化反響本征動(dòng)力學(xué)

1、催化反響過(guò)程的特征

（1）催化劑轉(zhuǎn)變反響歷程，轉(zhuǎn)變反響速率，其本身在反響前后沒(méi)有

變化。

（2）對(duì)可逆反響，催化劑不會(huì)轉(zhuǎn)變反響物質(zhì)最終所能到達(dá)的平衡狀

0

（3）對(duì)任何一個(gè)可逆反響，催化劑既會(huì)加快正反響速率，也必將以

同樣的倍數(shù)加快逆反響速率。

（4）催化劑對(duì)反響過(guò)程有良好選擇性。

2、固體催化劑包括催化活性物質(zhì)、載體、助催化劑和抑制劑。一個(gè)

好的固體催化劑必需具有高活性、高選擇性、高強(qiáng)度和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。3、

助催化劑的類(lèi)型可分為構(gòu)造型催化劑和調(diào)變型催化劑。

4、制備固體催化劑，經(jīng)枯燥后，都需要高溫燃燒，其目的是：［1）

除掉易揮發(fā)組分，保證肯定化學(xué)組成，從而使催化劑具有穩(wěn)定的活性；

（2）使催化劑保持肯定的晶型、晶粒大小、孔隙構(gòu)造和比外表積；

（3）提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度。

5、催化劑的性能主要包括活性、選擇性和壽命。對(duì)催化劑性能影響

最大的物理性質(zhì)主要是比外表積、孔體積和孔體積分布。

6、比外表積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量催化劑具有的外表積稱(chēng)為比外表積

7、活性中心：是指化學(xué)吸附只能發(fā)生于固體外表那些能于氣相分子

起反響的原子上，通常把該類(lèi)原子稱(chēng)為活性中心。

8、組分A的吸附率是指固體外表被A組分掩蓋的活性中心數(shù)與總活

性中心數(shù)之比。

9、焦姆金吸附模型認(rèn)為一般吸附活化能隨掩蓋率的增加而增大，脫

附活化能隨掩蓋率的增加而減小。

10、本征反響速率方程的推導(dǎo)方法

①假定反響機(jī)理，即確定反響所經(jīng)受的步驟；②確定速率把握步驟，

該步驟的速率即為反響過(guò)程的速率，依據(jù)速率把握步驟的類(lèi)型，寫(xiě)出

該步驟的速率方程；③非速率把握步驟均到達(dá)平衡。假設(shè)為吸附或解

析步驟，列出蘭格繆爾吸附等溫式，假設(shè)為化學(xué)反響，則寫(xiě)出化學(xué)平衡

式；

④利用所列平衡式與Z將速率方程中各種外表濃度變換為

氣相組分分壓的函數(shù)，即得所求的反響速率方程。

11、催化劑在使用之前通常需要活化。催化劑外表的活化過(guò)程可以除

去吸附和沉積的外來(lái)雜質(zhì)，而且可以轉(zhuǎn)變催化劑性質(zhì)，在空氣中會(huì)很

快起來(lái)變化的催化劑必需在卸出之前留神地使之鈍化。

12、以顆粒催化劑體積為基準(zhǔn)的平均反響速率稱(chēng)為宏觀反響速率。宏觀

反響速率還受催化劑顆粒的大小、外形以及氣體集中過(guò)程的影響。宏

觀反響速率與其影響因素之間的關(guān)系稱(chēng)為宏觀動(dòng)力學(xué)。

13、對(duì)于流體與催化劑外外表間的連續(xù)穩(wěn)定傳質(zhì)過(guò)程，反響組分A

在單位時(shí)間內(nèi)由氣相主體集中到顆粒外外表上的量應(yīng)當(dāng)?shù)扔贏組分

在催化劑中反響掉的量。

14、催化劑失活的類(lèi)型和緣由很簡(jiǎn)單，大致可以分為三類(lèi)：構(gòu)造變化、

物理中毒和化學(xué)中毒。

15、工業(yè)上處理失活問(wèn)題的方法：（1）改進(jìn)催化劑；（2）承受“中期

活性”或安全系數(shù)設(shè)計(jì)反響器；（3）嚴(yán)格把握操作條件；（4〕優(yōu)化操

作，以彌補(bǔ)失活造成的生產(chǎn)力量下降。

第5章氣固相催化反響宏觀動(dòng)力學(xué)

1、催化劑顆粒內(nèi)氣體集中類(lèi)型有分子集中（容積集中）、克努森集中、

和綜合集中。

2、對(duì)于一個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的外集中過(guò)程，反響組分A在單位時(shí)間內(nèi)由氣

相主體集中到顆粒外外表上的量應(yīng)當(dāng)?shù)扔贏組分在催化劑中反響掉

的量。

3、坦克萊數(shù)的物理意義為化學(xué)反響速率與外集中速率之比。

4、西勒模數(shù)實(shí)質(zhì)上是以顆粒催化劑體積為基準(zhǔn)，最大反響速率與最

大內(nèi)集中速率比值。西勒模數(shù)反映反響速率、內(nèi)集中速率對(duì)過(guò)程的影

響程度的參數(shù)。

5、西勒模數(shù)值越小，說(shuō)明集中速率相對(duì)與反響速率越大，宏觀反響

速率受集中的影響越小，過(guò)程屬反響動(dòng)力學(xué)把握。

6、催化劑失活緣由包括構(gòu)造變化、物理中毒和化學(xué)中毒。

7、處理催化劑失活的方法：改進(jìn)催化劑；承受合理的安全系數(shù)設(shè)計(jì)

反響器、嚴(yán)格把握操作條件；優(yōu)化操作條件。

8、有效因子物理意義

催化劑內(nèi)實(shí)際反響速率

n=---------------------------------------

催化劑內(nèi)無(wú)濃度差時(shí)的反響速率

第6章氣固相催化反響固定床反響器

1、體積當(dāng)量直徑Cdv）：與顆粒具有一樣體積的球體的直徑稱(chēng)為該顆

粒的體積當(dāng)量直徑。

2、比外表當(dāng)量直徑：與顆粒具有一樣比外表積的球體的直徑稱(chēng)為比

外表積當(dāng)量直徑。

3、對(duì)于熱效應(yīng)大的反響過(guò)程，傳熱和控溫是固定床技術(shù)的難點(diǎn)和關(guān)

鍵所在。

4、固定床反響器的特點(diǎn)：

（1）催化劑不易磨損而且可長(zhǎng)期使用；

（2）床層內(nèi)流體接近平推流，生產(chǎn)力量較強(qiáng)；

（3）停留時(shí)間可以把握、溫度分布可適當(dāng)調(diào)整，有利于到達(dá)高的轉(zhuǎn)

化率和高的選擇性；

（4）傳熱較差，催化劑載體又往往是導(dǎo)熱不良物質(zhì)，而化學(xué)反響常

伴有熱效應(yīng)，反響速率對(duì)溫度的敏感性強(qiáng)；

（5）更換催化劑時(shí)必需停頓生產(chǎn)。

5、流化床反響器的特點(diǎn)是：

（1）顆粒猛烈攪動(dòng)和混合，整個(gè)床層處于等溫狀態(tài)，可在最正確溫

度點(diǎn)操作；

（2）傳熱強(qiáng)度高，適于強(qiáng)吸熱或放熱反響過(guò)程；

（3）顆粒比較細(xì)小，有效系數(shù)高，可削減催化劑用量；

（4）壓降恒定，不易受異物堵塞；

（5）返混較嚴(yán)峻，不適于高轉(zhuǎn)化率過(guò)程；

（6）為避開(kāi)溝流、偏流等，對(duì)設(shè)備精度要求較高。

7、依據(jù)氣體冷卻或加熱方式不同，多段絕熱式反響器可分為中間間

接換熱式和冷激式等類(lèi)型。

8、多段絕熱式反響器是筒體內(nèi)放置幾次擱板，擱板上放置催化劑，

層與層之間設(shè)置氣體的冷卻（或加熱）裝置。

9、在設(shè)計(jì)固定床反響器時(shí)應(yīng)做到盡可能大的生產(chǎn)強(qiáng)度，即單位床層

的生產(chǎn)力量大；氣體通過(guò)床層的阻力小，構(gòu)造簡(jiǎn)潔，操作穩(wěn)定性好，

運(yùn)行牢靠，修理便利。

第7章氣固相催化反響流化床反響器

1、當(dāng)流體自下而上通過(guò)積存有固體顆粒的床層時(shí)，床層內(nèi)顆粒必將

受到流體對(duì)顆粒的浮力、流淌的流體對(duì)顆粒產(chǎn)生的曳力以及顆粒自身

重力的影響。當(dāng)顆粒受到的升力〔浮力和曳力之和）小于顆粒自身重

量時(shí)，顆粒在床層內(nèi)靜止不動(dòng)，流體有顆粒之間的空隙通過(guò)，此時(shí)床

層稱(chēng)為固定床。

2、隨著流體流量的增加，顆粒受到的曳力也隨著增加。假設(shè)顆粒受

到的升力恰好等于自身重量時(shí)，顆粒受力處于平衡狀態(tài)，故顆粒將在床

層內(nèi)作上下、左右、前后的劇烈運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為固體的流態(tài)化，

整個(gè)床層稱(chēng)為流化床。

3、當(dāng)流速進(jìn)一步增大，顆粒受到的升力大于自身重量時(shí)，顆粒將隨

流體一起運(yùn)動(dòng)而被帶出床層。這種狀態(tài)稱(chēng)為移動(dòng)床。

4、隨著流體流量的加大，床層內(nèi)的空隙率增大，顆粒之間間距加大，

而顆粒在床層中分布均勻，流體根本上以平推流形式通過(guò)床層，這種

流化形式稱(chēng)為散式流態(tài)化。

5、當(dāng)流體通過(guò)固體床層的空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出

速度時(shí)，顆粒在氣流作用下懸浮于床層中，所形成的流固混合物稱(chēng)為

濃相段

6、在濃相段上升的氣泡在界面上裂開(kāi)，氣泡內(nèi)顆粒以及受氣泡夾帶

的乳化相中顆粒將被拋向濃相段上方空間。這段空間稱(chēng)為稀相段或稱(chēng)

分

7流態(tài)化的不正?，F(xiàn)象：溝流和節(jié)流（沸騰）

8、簡(jiǎn)述流化床反響器的特點(diǎn)

（1）流化床使用固體催化劑顆粒直徑小于固定床反響器選用的顆粒

直徑，傳質(zhì)效果好，對(duì)反響也有利；

（2）催化劑內(nèi)集中影響可被無(wú)視，流體流速較快，外集中也可不考

慮。宏觀動(dòng)力學(xué)方程和本征動(dòng)力學(xué)方程一樣。

（3）流體通過(guò)床層時(shí)根本上可視為平推流，催化劑顆粒在床層內(nèi)運(yùn)

動(dòng)接近全混流。

（4）顆粒在床層內(nèi)運(yùn)動(dòng)劇烈，故要求顆粒有足夠強(qiáng)度。顆粒在床內(nèi)

被氣流帶出損失較大，對(duì)使用昂貴催化劑的過(guò)程是不利的。

9、節(jié)涌（騰涌）：在流化床的內(nèi)徑較小而床高于床徑比較大時(shí)，氣泡

在上升過(guò)程中因聚并而增大，氣泡有可能占據(jù)整個(gè)床層截面，氣流將

床層一節(jié)節(jié)地往上做柱塞式推動(dòng)，在上升到某一位置而崩落，流化床

的正常操作被破壞。這種狀況稱(chēng)節(jié)涌（或稱(chēng)騰涌）。

10、逸出速度：當(dāng)氣體在反響器內(nèi)實(shí)際氣速與